Vejen til 7nm processorer

Det bliver sværere at levere den næste generation af chips, men meddelelser på denne uges International Electron Devices Meeting (IEDM) viser, at chipproducenterne gør reelle fremskridt med at skabe, hvad de benævner 7nm-processer. Mens knudepunktsnumrene måske er mindre betydningsfulde, end de engang var, viser det, at selvom Moore's Law måske er aftaget, er den stadig i live, med store forbedringer, der kommer på den nuværende generation af 14nm og 16nm chips. På denne uges konference bebudede repræsentanter for de store støberier (virksomheder, der laver chips til andre virksomheder) -TSMC og alliancen mellem Samsung, IBM og GlobalFoundries - deres planer om at lave 7nm chips.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), verdens største støberi, annoncerede en 7nm-proces, som den sagde ville muliggøre 0, 43 gange dø-størrelse-skalering sammenlignet med den nuværende 16nm-proces, hvilket giver mulighed for meget mindre matriser med samme antal transistorer eller evnen til at lægge meget flere transistorer i en matrice i samme størrelse. Vigtigst af alt sagde virksomheden, at dette giver enten en hastighed på 35-40 procent eller en reduktion på 65 procent. (Bemærk, at disse tal gælder for transistorerne selv. Det er ikke sandsynligt, at du vil se så meget kraft eller hastighedsforbedring i en færdig chip.)

Mest imponerende sagde virksomheden, at den allerede fremstiller en fuldt funktionel 256 Mbit SRAM-testchip med ret gode udbytter. På chippen er cellestørrelsen for den mindste SRAM med høj tæthed kun 0, 027 um ² (kvadrat mikron), hvilket gør den til den mindste SRAM endnu. Dette indikerer, at processen fungerer, og TSMC sagde, at den samarbejder med kunderne for at få deres 7nm-chips på markedet så hurtigt som muligt. Støberiet vil starte 10nm produktion i dette kvartal med chips, der skal afsendes tidligt næste år. 7nm-generationen er beregnet til at starte produktionen i begyndelsen af ​​2018.

I mellemtiden diskuterede Albany Nanotechnology Center (bestående af forskere fra IBM, GlobalFoundries og Samsung) sine forslag til en 7nm-chip, som den hævdede havde den strammeste tonehøjde (rummet mellem forskellige elementer i transistorer) af enhver proces, der endnu er annonceret.

Alliancen sagde, at dens 7nm-proces ville producere de strameste pladser nogensinde, samt tilbyde en betydelig forbedring i forhold til 10nm-processen, den afslørede for et par år siden. Disse øger nu produktionen hos Samsung med chips, der skal være bredt tilgængelige tidligt næste år. (GlobalFoundries har sagt, at det vil springe 10nm over og gå direkte til 7nm.) Det har også sagt, at den nye proces kunne muliggøre en forbedring af ydeevnen på 35 til 40 procent.

Alliancens proces har en række store forskelle fra TSMC'er og fra tidligere noder. Det mest bemærkelsesværdigt er det afhængigt af Extreme Ultraviolet Lithography (EUV) i flere kritiske niveauer af chippen, mens TSMC bruger 193nm nedsænkningslithografiværktøjer, der har været i brug i generationer, omend med mere multimønster. (Multimønstring betyder, at man bruger værktøjerne flere gange på det samme lag, hvilket tilføjer tid og øger defekter; gruppen foreslog, at brug af konventionel litografi på dette design kræver op til fire separate litografiske eksponeringer på nogle kritiske lag af chippen.) Som som et resultat, vil sådanne chips sandsynligvis ikke blive produceret indtil 2018-2019 tidligst, fordi EUV-værktøjer sandsynligvis ikke har den nødvendige gennemstrømning og pålidelighed indtil da.

Derudover bruger det nye materialer med høj mobilitet og støjteknikker inden for silicium for at forbedre ydelsen.

I både TSMC- og alliance-design er den grundlæggende underliggende cellestruktur for transistoren ikke ændret. De bruger stadig FinFET-transistorer og en høj-K / metalport - de store definerende egenskaber ved den sidste procesknude.

På grund af forsinkelser introducerede Intel for nylig en tredje generation af sine 14nm-chips, kendt som Kaby Lake, og planlægger nu at følge op med både et 10nm lavt strøm-mobildesign kaldet Cannonlake, der skulle ud i slutningen af ​​næste år og endnu en 14nm desktop design kendt som Coffee Lake. Intel har endnu ikke afsløret mange detaljer om sin 10nm-proces, bortset fra at sige, at den forventer bedre transistorskalering end den historisk har været i stand til at opnå, og at den vil bruge konventionel litografi.

En ting at bemærke: i alle disse tilfælde har nodetallene, såsom 7nm, ikke længere noget reelt forhold til nogen fysisk funktion i chipsene. Faktisk synes de fleste observatører, at TSMC's nuværende 16nm-knude og Samsungs nuværende 14nm-knude er bare lidt tættere end Intels 22nm-knude, der startede højvolumenproduktion i 2011, og er især mindre tæt end Intels 14nm-knude, der begyndte levering i volumen i begyndelsen af ​​2015 De fleste forudsigelser siger, at de kommende 10nm-noder, som TSMC og Samsung taler om, bare vil være lidt bedre end Intels 14nm-produktion - hvor Intel sandsynligvis vil genvinde føringen med sin egen 10nm-knude.

Selvfølgelig ved vi ikke rigtig, hvor godt nogen af ​​disse processer fungerer, og hvilken slags ydelse og omkostninger vi får, indtil faktiske chips begynder at sende. Det skulle gøre 2017 og ud over meget interessante år for chipproducenterne.

Hvor sandsynligt er det, at du anbefaler PCMag.com?